厦门大学Angew.：加氢揭示致密Fe-N4活性位点的低温组装

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厦门大学Angew.：加氢揭示致密Fe-N4活性位点的低温组装
单原子Fe-N-C在可持续能源和催化研究领域具有优异的反应性，但在高温热解法合成Fe-N-C过程中，想得到致密的Fe-N4位点而不需要纳米铁颗粒（Fe NPs）烧结是一个难题。
基于此，厦门大学孙世刚院士和姜艳霞教授等人报道了一种低温合成Fe-N-C的新方法。以FeCl2为铁源，在低至360 °C时，氢气环境有利于合成过程中的除氧和脱氯过程，有效地促进了Fe-N4位点的形成，而没有Fe NPs聚集。
FeNC-H2-360催化剂在燃料电池中的半波电位为0.85 V，峰值功率密度为1.21 W cm-2，具有良好的Fe分散性能（8.3 wt%）和酸性ORR活性。
厦门大学Angew.：加氢揭示致密Fe-N4活性位点的低温组装
VASP解读
在乙醇环境中第一O原子转移的约束分子动力学（MD）研究中，作者考虑了扩散过程，当FeCl2配合物移动到N原子附近时，自由能谱逐渐上升。在优势构型O2的转变区，N-O、Fe-O和O-O的平均距离发生突变。
自由能分布达到最大值，相应的O2构型以线性模式占主导地位，在N原子处吸附。随后，氧解离形成N-O键，自由能谱直线下降。乙醇在一定程度上促进了O2的解离，室温下的解离势垒约为0.29 eV，由于O2在N原子处的构型转变和吸附所致。
厦门大学Angew.：加氢揭示致密Fe-N4活性位点的低温组装
此外，在还原过程中大量的C损失会降低材料的结构稳定性，甚至降低催化过程中活性位点的稳定性。释放的Fe原子可以通过反金属化反应参与活性位点的形成，这种反应强烈依赖于Zn-N4位点的可用性，但高温下的碳热还原可以导致金属Fe原子的形成。N含量在高温下很难保持在较高的水平，因此在高温下阻碍了Fe-N4活性位点密度的进一步增加。
厦门大学Angew.：加氢揭示致密Fe-N4活性位点的低温组装
Unveiling Low Temperature Assembly of Dense Fe-N4 Active Sites via Hydrogenation in Advanced Oxygen Reduction Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI:10.1002/anie.202404766.

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